减速器壳体工艺性分析及压铸模设计

王文华

（航空工业贵阳万江航空机电有限公司，贵州贵阳 550018）

1 铸件工艺性分析

图1所示是产品设计人员提供的减速器壳体图，要求采用压铸工艺成型，铸件材料：ADC-12，铸件质量：155g。此铸件形状属深腔结构，且外形不平整，高低起伏较大。如图2所示，上方有5处凸起，彼此位置孤立，因此，该铸件压铸成型较困难，容易出现欠铸现象。该铸件图还存在以下主要问题，不符合压铸模设计的要求：①没有设计出模斜度；②有些加工精度要求太高，压铸工艺不能满足要求；③铸件外形及结构不太好，导致压铸分型面很不平整，如图1中I处所示。

图1 减速器壳体

根据以上分析，为使壳体铸件符合压铸模设计的要求，及尽可能简化模具设计零件，提高模具零件的工艺性，采取了以下措施：①对于压铸工艺达不到的尺寸精度，留出精加工余量，由机加工工艺精加工保证尺寸精度；②为使压铸分型面比较平整，与产品设计人员协商，在满足铸件功能的前提下，将铸件外形R减小、局部结构更改，这样分型面平整了，便于压铸模结构设计和排位，也降低了模具加工难度，降低了成本；③为使铸件顺利出模，保证铸件表面不被拉伤，根据零件结构及分型面位置，对于容易粘模的位置要求出模斜度设为1.5°～2.5°，其它位置可以设置较小的出模斜度。最终，调整后用于开模的铸件如图2所示。

图2 优化后铸件三维图

2 模具结构设计

2.1 型腔数量及排位的设计

如前所述，该铸件在压铸成型时，外表面容易出现欠铸。模具零件在排位时，应考虑因素有：①在后期试模时，如果铸件出现欠铸，模具应有足够的空间，调整设计流道、溢流槽及排气槽的大小和位置；②压铸模各型腔在填充成型时，填充时间、压力、速度应平衡一致。综上所述，铸件排位如图3所示一模两腔结构。

图3 铸件排位

2.2 分型面的选择

与产品设计人员沟通,铸件优化后，模具分型面为平面，如图4所示。模具分型面平整，模具上流道顺畅，有利于铸件成型；模具零件工艺性好，便于加工，加工精度高，铸件不容易有飞边；分型面上的排气道顺畅，也有利于铸件成型。

图4 分型面选择

2.3 浇注系统设计

如前所述，此铸件属深腔型结构铸件，外形不平整，金属液体在型腔中的流动不很顺畅，并且考虑到铸件分型线上近似直线的位置，宽度较小，因此，对每个铸件设计了3个内浇口，其中两个浇口设为主要进浇口，主要功能是填充成型，另一进浇口是辅助进浇口，主要功能是补料、改善零件外形质量。如图5所示，结合压铸模流软件进行分析，反复调整设计，最终确定外浇口、流道及内浇口如图6所示。

图5 模流分析

图6 浇注系统

2.4 溢流槽及排气系统设计

如图5所示，通过压铸模模流软件分析，确定对模具型腔填充成型时，最后完成填充的位置，并在此位置，设计相对应的溢流槽和排气槽，如图7所示。设计要点，排气槽不要设在溢流口对着的方向上，避免溢流槽没被填充满时排气槽就已被填充、堵塞。排气槽靠近溢流槽处可以深一些，避免堵塞，其余可考虑浅一些，在保证不飞料的前提下，尽可能优化排气效果。如图7所示，Ⅰ处深0.06～0.08mm，Ⅱ处深0.2mm。

图7 溢流槽及排气系统

2.5 模具关键零件设计

如图8所示，滑块上的碰穿面位置设计成为镶件结构，便于维修，缩短了维修周期，降低了返修成本。如图9所示，溢流口的底部与水平面成一定斜度，使溢流口强度薄弱之处靠近铸件的外形，当去除溢流槽和溢流口时，铸件的外形断口处毛刺趋向最小，减小后期去毛刺工作量，由此降低了成本。

图8 滑块结构

图9 溢流口结构

2.6 顶出系统设计

根据铸件的结构特点，铸件最大外形的大部分成型都在后模仁上完成的，虽然铸件的出模斜度已调整为1.5°～2.5°，但是铸件出模仍然困难，因此顶出系统设计要考虑充分，铸件才能顺利出模。顶出系统设计考虑的因素有：①顶杆位置尽可能设在铸件的加强筋上，这样模具开模时，铸件不容易被顶穿或顶裂；②由于壳体铸件底部是薄壁，此处不能设顶杆，顶杆只能设在铸件内腔底面上，由此，在模具零件强度足够的前提下，顶杆位置尽量靠近铸件的底部薄壁，并且顶杆彼此距离不能太远；③溢流槽和浇口处的顶杆位置，应尽量靠近铸件，也有利于铸件出模；④顶杆位置布置合理，铸件受力平衡，确保铸件不变形。最终，在每一铸件内设有14根顶杆，在每一铸件溢流槽和内浇口处设5根顶杆，在流道上设4根顶杆，总共有顶杆42根，如图10所示。

图10 顶杆布置

2.7 模具结构

模具整体结构，如图11所示。

图11 模具结构

2.8 模具工作过程

模具的工作过程如下：①模具合模，压铸机将铝液压射入型腔内；②铝液在型腔内保压、冷却、成型；③模具开模，顶出系统将铸件顶出；④机械手将铸件取出；⑤在型腔表面喷脱膜剂；⑥模具合模，开始进行下一个工作循环。

3 压铸机的选用

本公司共有两种东芝品牌压铸机，型号分别是DC-250J-SX和3DC-350J-SX。经计算，2件铸件、浇口、浇道及溢流槽的质量总和是570g，根据表1，选用压铸机设备是DC-250J-SX压铸机。

表1 CAE分析对比结果

表1 DC-250J-SX压铸机的性能参数

4 结束语

本模具制造完成后，第一次试模：铸件关键尺寸检测合格,有些铸件局部外观呈暗灰色，合格率有约80%,通过挑选使用，顺利完成了送样任务。后在铸件外观不好之处，增加了溢流槽，再次压铸时，在模具的型芯局部温度有上升，达到改善外观的效果，铸件合格率也满足了批生产的需要。